Análisis experimental y numérico del efecto del cambio de propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos de recocido, sobre la acumulación de daño dúctil en un acero de fase dual DP 600

Abstract

El objetivo de esta tesis es analizar experimental y numéricamente el efecto del cambio de propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos de recocido, sobre la acumulación de daño dúctil en un acero de fase dual DP 600. Del análisis experimental se obtienen las propiedades mecánicas, requeridas para calibrar el modelo computacional a partir del desarrollo de un procedimiento experimental mediante ensayos cíclicos a tensión de carga y descarga, registrando las variaciones en el módulo elástico por cada ciclo que representa el daño acumulado para los materiales de estudio. Con respecto al análisis numérico, la formulación del modelo constitutivo se fundamenta en la teoría de la mecánica del daño continuo elastoplástica desarrollada por Lemaitre y aplicado a problemas estáticos en grandes deformaciones. El algoritmo se implementa en el software comercial de elementos finitos ABAQUS, utilizando un esquema explícito de análisis no lineal a partir del desarrollo de una subrutina de usuario VUMAT. De los resultados obtenidos numéricamente se encuentra buena relación del modelo para predecir el comportamiento experimental, también se demuestra la influencia que presenta el tratamiento térmico sobre las propiedades mecánicas del acero DP 600, debido a que el material tratado térmicamente posee mayor ductilidad y resistencia mecánica inferior respecto al material en estado de entrega; por otra parte la evolución al daño y el factor triaxial de esfuerzos describen adecuadamente el proceso de degradación mecánica o pérdida de resistencia durante las simulaciones para ambos materiales.

Abstract. The objective of this master thesis is to analyze experimentally and numerically the heat treatment annealing effect on the ductile damage accumulation in a dual phase steel (DP 600) subjected to uniaxial cyclic loads. The mechanical properties and the damage of the steel were obtained from experimental analyses that were required in order to calibrate the computational model. The experimental processes were conducted through the application of cyclic load-unload tensile test, to obtain elasticity modulus degradation as a measure of the accumulated damage on the dual phase steel. On the other hand, the constitutive model was based on the Elastoplastic Continuum Damage Mechanics theory, developed by Lemaitre in order to solve quasistatic formulations to large deformations. The algorithm was implemented in the commercial finite element software (ABAQUS) through assessment of a nonlinear explicit analysis and the developed of a specific VUMAT user subroutine written in FORTRAN language. Numerical results have shown a good fit with the experimental results on the prediction of the real material behavior. Also is evident the influence of the heat treatment has on the mechanical properties of the steel DP 600.The heat treated material showns high ductility and low mechanical strength in contrast with the no treated material; besides damage evolution and stress triaxiality factor adequately describe the process of mechanical degration or strength loss during simulations for both materials.